Описание климатических условий планеты сатурн. Общие сведения о сатурне. История исследования Сатурна
0,47 (геом.альбедо)
| Температура поверхности | мин | сред | макс |
|---|---|---|---|
| уровень 1 бара | 134 K | ||
| 0,1 бара | 84 K |
| ~96 % | Водород (H 2) |
| ~3 % | Гелий |
| ~0,4 % | Метан |
| ~0,01 % | Аммиак |
| ~0,01 % | Дейтерид водорода (HD) |
| 0,000 7 % | Этан |
| Льды : | |
| Аммиачные | |
| Водяные | |
| Гидросульфид аммония(NH 4 SH) |
Сатурн обладает заметной кольцевой системой, состоящей главным образом из частичек льда, меньшего количества горных пород и пыли. Вокруг планеты обращается 62 известных на данный момент спутника . Титан - самый крупный из них, а также второй по размерам спутник в Солнечной системе (после спутника Юпитера, Ганимеда), который превосходит по своим размерам планету Меркурий и обладает единственной среди множества спутников Солнечной системы плотной атмосферой.
Физические характеристики
Орбитальные характеристики
Среднее расстояние между Сатурном и Солнцем составляет 1 433 531 000 километров (9,58 а.е) . Двигаясь со средней скоростью 9,69 км/с, Сатурн обращается вокруг Солнца за 10 759 дней (примерно 29,5 лет). Сатурн и Юпитер находятся почти в точном резонансе 2:5. Поскольку эксцентриситет орбиты Сатурна 0,056, то разность расстояния до Солнца в перигелии и афелии составляет 162 миллиона километров.
Общие сведения
Атмосфера
Верхние слои атмосферы Сатурна состоят на 93 % из водорода (по объёму) и на 7 % - из гелия (по сравнению с 18 % в атмосфере Юпитера). Имеются примеси метана , водяного пара, аммиака и некоторых других газов. Аммиачные облака в верхней части атмосферы мощнее юпитерианских.
Исследования Сатурна
Сатурн - одна из пяти планет Солнечной системы, легко видимых невооружённым глазом с Земли. В максимуме блеск Сатурна превышает первую звёздную величину .
Вид Сатурна в современный телескоп (слева) и в телескоп времён Галилея (справа)
Впервые наблюдая Сатурн через телескоп в -1610 годах , Галилео Галилей заметил, что Сатурн выглядит не как единое небесное тело, а как три тела, почти касающихся друг друга, и высказал предположение, что это два крупных
Сравнение Сатурна и Земли
«компаньона» (спутника) Сатурна. Два года спустя Галилей повторил наблюдения и, к своему изумлению, не обнаружил спутников.
Спутники
По состоянию на февраль 2010 г. известно 62 спутника Сатурна. 12 из них открыты при помощи космических аппаратов: Вояджер-1 (1980), Вояджер-2 (1981), Кассини (2004-2007). Большинство спутников, кроме Гипериона и Фебы, имеет синхронное собственное вращение - они повёрнуты к Сатурну всегда одной стороной. Информации о вращении самых мелких спутников нет.
В течение 2006 г. команда учёных под руководством Дэвида Джуитта из Гавайского университета, работающих на японском телескопе Субару на Гавайях , объявляла об открытии 9 спутников Сатурна.
Все они относятся к так называемым нерегулярным спутникам , которые отличаются вытянутыми эллиптическими орбитами, и, как полагают, сформировались не вместе с планетами, а захвачены их гравитационным полем.
Всего с 2004 года команда Джуитта обнаружила 21 спутник Сатурна.
Крупнейший из спутников - Титан . Учёные предполагают, что условия на этом спутнике схожи с теми, которые существовали на нашей планете 4 миллиарда лет назад, когда на Земле только зарождалась жизнь.
Кольца
Сегодня известно, что у всех четырёх газообразных гигантов есть кольца, но у Сатурна они самые красивые и заметные. Кольца расположены под углом приблизительно 28° к плоскости эклиптики. Поэтому с Земли в зависимости от взаимного расположения планет они выглядят по-разному: их можно увидеть и в виде колец, и «с ребра».
Как предполагал ещё Гюйгенс, кольца не являются сплошным твёрдым телом, а состоят из миллиардов мельчайших частиц, находящихся на околопланетной орбите.
Существует три основных кольца и четвёртое - более тонкое. Все вместе они отражают больше света, чем диск самого Сатурна. Три основных кольца принято обозначать первыми буквами латинского алфавита. Кольцо В - центральное, самое широкое и яркое, оно отделяется от большего внешнего кольца А щелью Кассини шириной почти 4000 км, в которой находятся тончайшие, почти прозрачные кольца. Внутри кольца А есть тонкая щель, которая называется разделительной полосой Энке. Кольцо С, находящееся ещё ближе к планете, чем В, почти прозрачно.
Кольца Сатурна очень тонкие. При диаметре около 250 000 км их толщина не достигает и километра (хотя существуют на поверхности колец и своеобразные горы ). Несмотря на свой внушительный вид, количество вещества, составляющего кольца, крайне незначительно. Если его собрать в один монолит, его диаметр не превысил бы 100 км.
На изображениях, полученных зондами, видно, что на самом деле кольца образованы из тысяч колец, чередующихся со щелями; картина напоминает дорожки грампластинок. Частички, из которых состоят кольца, в большинстве своём имеют размер в несколько сантиметров, но изредка попадаются тела в несколько метров. Совсем редко - до 1-2 км. Похоже, что частицы почти полностью состоят изо льда или каменистого вещества, покрытого льдом.
Существует полная согласованность между кольцами и спутниками планеты. И действительно, некоторые из них, так называемые «спутники-пастухи», играют роль в удержании колец на их местах. Мимас , например, «отвечает» за отсутствие вещества в щели Кассини, а Пан находится внутри разделительной полосы Энке.
Происхождение колец Сатурна ещё не совсем ясно. Возможно, они сформировались одновременно с планетой. Тем не менее, это нестабильная система, а материал, из которого они состоят, периодически замещается, вероятно, из-за разрушения некоторых мелких спутников.
- На Сатурне нет твёрдой поверхности. Средняя плотность планеты - самая низкая в Солнечной системе. Планета состоит, в основном, из водорода и гелия , 2-х самых лёгких элементов в мировом пространстве. Плотность планеты составляет всего лишь 0,69 плотности воды. Это означает, что если бы существовал океан соответствующих размеров, Сатурн бы плыл по его поверхности.
- Автоматический космический аппарат Кассини , который в настоящее время (октябрь 2008 г.) обращается вокруг Сатурна, передал изображения северного полушария планеты. С 2004 года, когда Кассини подлетел к ней, произошли заметные изменения, и теперь оно окрашено в необычные цвета. Причины этого пока непонятны. Хотя пока неизвестно, почему возникла окраска Сатурна, предполагается, что недавнее изменение цветов связано со сменой времён года.
Гексагональное атмосферное образование на северном полюсе Сатурна
- Облака на Сатурне образуют шестиугольник - гигантский гексагон . Впервые это обнаружено во время пролётов Вояджера около Сатурна в 1980-х годах, подобное явление никогда не наблюдалось ни в одном другом месте Солнечной системы . Если южный полюс Сатурна с его вращающимся ураганом не кажется странным, то северный полюс можно считать гораздо более необычным. Странная структура облаков показана на инфракрасном изображении, полученном обращающимся вокруг Сатурна космическим аппаратом Кассини в октябре 2006 года. Изображения показывают, что шестиугольник оставался стабильным за 20 лет после полёта Вояджера. Фильмы, показывающие северный полюс Сатурна, демонстрируют сохранение шестиугольной структуры облаков во время их вращения. Отдельные облака на Земле могут иметь форму шестиугольника, но, в отличие от них, у облачной системы на Сатурне есть шесть хорошо выраженных сторон почти равной длины. Внутри этого шестиугольника могут поместиться четыре Земли. Полного объяснения этого явления пока нет.
Полярное сияние над северным полюсом Сатурна
- 12 Ноября 2008 года камеры автоматического корабля Кассини получили изображения северного полюса Сатурна в инфракрасном диапазоне. На этих кадрах исследователи обнаружили полярные сияния, каких не наблюдали ещё ни разу в Солнечной системе. На изображении эти уникальные сияния окрашены в голубой цвет, а лежащие внизу облака - в красный. На изображении прямо под сияниями видно обнаруженное ранее шестиугольное облако. Полярные сияния на Сатурне могут покрывать весь полюс, тогда как на Земле и на Юпитере кольца полярных сияний, будучи управляемыми магнитным полем , только окружают магнитные полюса. На Сатурне наблюдали и привычные нам кольцевые полярные сияния. Недавно заснятые необычные полярные сияния над северным полюсом Сатурна значительно видоизменялись в течение нескольких минут. Изменчивая сущность этих сияний свидетельствует о том, что переменный поток заряженных частиц от Солнца испытывает на себе действие каких-то магнитных сил, о которых ранее и не подозревали.
Примечания
См. также
Ссылки
- У спутников Сатурна обнаружены кольца - так же, как и у самой планеты
- Фотографии Сатурна, сделанные зондом «Кассини» с 2004 по 2009 г.г.
Wikimedia Foundation . 2010 .
Смотреть что такое "Сатурн (планета)" в других словарях:
САТУРН (астрономический знак H), планета, среднее расстояние от Солнца 9,54 а. е., период обращения 29,46 года, период вращения на экваторе (облачный слой) 10,2 ч, экваториальный диаметр 120 660 км, масса 5,68·1026 кг, имеет 30 спутников, в… … Энциклопедический словарь
Сатурн, шестая по расстоянию от Солнца большая планета Солнечной системы; астрономический знак · С. относится к числу планет гигантов. Большая полуось орбиты С. (его среднее расстояние от Солнца) составляет 9,54 а. е., или 1,43 млрд. км.… … Большая советская энциклопедия
Планета, видимая невооруженным глазом как звезда первой величины, тускло желтого цвета и известная в глубочайшей древности. До открытия Урана в 1781 г. С. считался самой удаленной планетой от Солнца. Среднее расстояние С. до солнца 1418 млн. км… … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона
Сатурн
Общие сведения о Сатурне
Сатурн, шестая от Солнца и вторая по размерам после Юпитера планета- гигант Солнечной системы. Назван в честь одного из самых почитаемых римских богов – покровителя земли и посевов, который был низвергнут со своего трона Юпитером.
Наблюдения Сатурна с Земли
Людям Сатурн известен с самых древних времён. Ведь на ночном небе он – один из самых ярких объектов, видимый как желтоватая звезда, блеск которой меняется от нулевой до первой звёздной величины (в зависимости от расстояния до Земли).
К тому же только у Сатурна при наблюдении с Земли в телескоп (причём даже в самый простой) видны кольца, хотя обнаружены они у всех планет- гигантов...
История исследования Сатурна
орбитальное движение и вращение Сатурна
Вокруг Солнца Сатурн обращается по чуть наклонённой к плоскости эклиптики орбите, с эксцентриситетом 0,0541 и скоростью 9,672 км./с, делая полный оборот за 29,46 земных лет. Среднее расстояние планеты от Солнца – 9,537 а.е., при максимальном 10 а.е. и минимальном – 9 а.е..
Угол между плоскостями экватора и орбиты достигает 26°73". Период вращения вокруг оси – звёздные сутки – 10 часов 14 минут (на широтах до 30°). На полюсах период вращения на 26 минут дольше – 10 часов 40 минут. Это связано с тем, что Сатурн – не твёрдое тело, как Земля, например, а огромный газовый шар. В связи с такими особенностями своего строения, которое, кстати не является уникальным, планета не имеет твёрдой поверхности, поэтому радиус Сатурна определяется по положению наиболее высоких облаков в его атмосфере. Исходя из измерения этого положения выяснилось, что экваториальный радиус Сатурна, равный 60268 км. на 5904 км. больше полярного, т.е. полярное сжатие планетного диска составляет 1/10.
Строение и физические условия на Сатурне
Облака на Сатурне, в основном, аммиачные, белого цвета, и более мощные чем на Юпитере, поэтому и « полосатость» Сатурна меньше. Под аммиачными облаками лежат менее мощные, и не заметные из космоса облака из аммония (NH 4 +).
Облачный слой Сатурна не постоянен, а, наоборот, очень изменчив. Это связано с его вращением, которое, в основном, происходит с запада на восток (как и вращение планеты вокруг своей оси). Вращение это довольно сильное, ведь и ветры на Сатурне не слабые – со скоростями до 500 м/с. Направление ветров – восточное.
Скорость ветра, а соответственно и скорость вращения облачного слоя, уменьшается при движении от экватора к полюсам, причём на широтах больших чем 35° направления ветров чередуются, т.е. наряду с ветрами восточных направлений присутствуют ветры западных направлений.
Преобладание восточных потоков указывает на то, что ветры не ограничены слоем верхних облаков, они должны распространяться внутрь, по крайней мере, на 2000 километров. Кроме того, измерения «Вояджера- 2» показали, что ветра в южном и северном полушариях симметричны относительно экватора! Есть предположение, что симметричные потоки как- то связаны под слоем видимой атмосферы.
Кстати, при изучении снимков атмосферы Сатурна, было выяснено, что здесь, также как на Юпитере, могут образовываться мощные атмосферные вихри, размеры которых правда не такие гигантские, как у Большого Красного Пятна, которое видно даже с Земли, но всё же достигают в диаметре тысяч километров. Формируются столь мощные вихри, похожие на земные циклоны, в областях подъёма тёплого воздуха.
Было также выявлено различие между северным и южным полушариями Сатурна.
Заключается это различие в более чистой атмосфере над северным полушарием, вызванной почти полным отсутствием высоких облаков. Почему верхние слои атмосферы в северном полушарии настолько свободны от облаков, не известно, но предполагается что это может быть связано с более низкими температурами (~82 К)...
Масса Сатурна огромна – 5,68 10 26 кг, что в 95,1 раз превосходит массу Земли. Однако, средняя плотность, равная всего 0,68 г./см. 3 , почти на порядок меньше, чем плотность Земли и меньше плотности воды, что является уникальным случаем среди планет Солнечной системы.
Объясняется это составом газовой оболочки планеты, который в целом не отличается от солнечного, ибо абсолютно доминирующим химическим элементом на Сатурне является водород, правда в различных агрегатных состояниях.
Так, атмосфера Сатурна почти полностью состоит из молекулярного водорода (~95%), с небольшим количеством гелия (не более 5%), примесей метана (CH 4), аммиака (NH 3), дейтерия (тяжёлый водород) и этана (СН 3 СН 3). Обнаружены следы присутствия аммиачного и водного льда.
Ниже слоя атмосферы, при давлении ~100000 баров, простирается океан жидкого молекулярного водорода.
Ещё ниже – в 30 тыс. км. от поверхности, где давление достигает одного миллиона бар, водород переход в металлическое состояние. Именно в этом слое, при движении металла, создаётся мощное магнитное поле Сатурна, о котором будет рассказано ниже.
Ниже слоя металлического водорода находится жидкая смесь воды, метана и аммиака, при высоком давлении и температуре. Наконец в самом центре Сатурна лежит небольшое по размерам, но массивное каменное или леденисто- каменное ядро, температура которого ~20000 К.
Магнитосфера Сатурна
Вокруг Сатурна существует обширное магнитное поле с магнитной индукцией на уровне видимых облаков на экваторе 0,2 Гс, создаваемое движением вещества в слое металлического водорода. Отсутствие же у Сатурна наблюдаемого с Земли магнитно- тормозного радиоизлучения астрономы объяснили влиянием колец. Эти предположения подтвердились при пролёте мимо планеты АМС « Пионер- 11» . Приборы, установленные на межпланетной станции, зарегистрировали в околопланетном пространстве Сатурна образования, типичные для планеты, обладающей ярко выраженным магнитным полем: головную ударную волну, границу магнитосферы (магнитопаузу), радиационные пояса. Внешний радиус магнитосферы Сатурна в подсолнечной точке составляет 23 экваториальных радиуса планеты, а расстояние до ударной волны – 26 радиусов.
Радиационные пояса Сатурна настолько обширны, что охватывают не только кольца, но и орбиты некоторых внутренних спутников планеты. Как и ожидалось, во внутренней части радиационных поясов, которая "перегорожена" кольцами Сатурна, концентрация заряженных частиц очень мала. Это происходит оттого, что заряженные частицы, двигаясь от полюса к полюсу, проходят через систему колец и поглощаются там льдом и пылью. В результате внутренняя часть радиационных поясов, которая в отсутствие колец была бы в системе Сатурна наиболее интенсивным источником радиоизлучения, оказывается ослабленной.
Но всё же концентрация заряженных частиц во внутренних областях радиационных поясов позволяет образовываться в полярных областях Сатурна полярным сияниям, которые похожи на те, что мы можем видеть и на Земле. Причина их образования та же – бомбардировка заряженными частицами атмосферы.
В результате этой бомбардировки происходит свечение атмосферных газов в ультрафиолетовом диапазоне (110- 160 нанометров). Электромагнитные волны такой длины поглощаются атмосферой Земли, и могут наблюдаться только космическими телескопами.
Кольца Сатурна
Ну а теперь перейдём к одной из наиболее характерных деталей строения Сатурна – его огромному плоскому кольцу.
Кольцо вокруг Сатурна впервые наблюдал Г. Галилей в 1610 г, но из- за низкого качества телескопа он принял видимые по краям планеты части кольца за спутники планеты.
Правильное описание кольца Сатурна дал нидерландский учёный Х. Гюйгенс в 1659 году, а французский астроном Джованни Доменико Кассини в 1675 году показал, что оно состоит из двух концентрических составляющих – колец A и B, разделённых тёмным промежутком (так называемым «делением Кассини»).
Много позже (в 1850 г.) американский астроном У. Бонд открыл внутреннее слабо светящееся кольцо C, которое из- за тёмного цвета иногда называют « креповым» , а в 1969 г. было обнаружено ещё более слабое и близкое к планете кольцо D, яркость которого не превышает 1/20 яркости самого яркого среднего кольца.
Помимо вышеперечисленных у Сатурна обнаружено ещё 3 кольца – E, F и G; все они слабые и плохо различимы с Земли, поэтому и открыты были во время полётов космических кораблей « Вояджёр- 1» и « Вояджёр- 2» .
Кольца чуть белее желтоватого диска Сатурна. Расположены они в плоскости экватора планеты в следующем порядке от верхнего облачного слоя: D, C, B, A, F, G, E. Порядок обозначения колец объясняется историческими причинами, поэтому он не совпадает с алфавитным...
Если внимательно рассматривать кольца Сатурна, то окажется, что их, на самом деле, гораздо больше. Разделены наблюдаемые кольца тёмными кольцевыми промежутками – щелями (или делениями), где вещества очень мало. Та из щелей, которую можно увидеть в средний телескоп с Земли (между кольцами А и В), названа щелью Кассини. В ясные ночи можно увидеть и менее заметные щели.
Так чем же объясняется такая структура колец Сатурна? И почему они вообще есть у Сатурна? Что ж, попытаемся ответить на эти вопросы. И начнём с рассмотрения второго, т.к. без ответа на него нельзя ответить на первый вопрос.
Причина, по которой Сатурн на расстоянии около 10 5 км имеет именно кольца, а не спутник, состоит в приливной силе. Было показано, что если бы спутник и образовался на таком расстоянии, то он был бы разорван под действием приливной силы на мелкие осколки. В эпоху формирования планет-гигантов вокруг них на некотором этапе возникли уплощённые облака протопланетной материи, из которой потом образовались спутники. В зоне колец приливная сила воспрепятствовала образованию спутника. Таким образом, кольца Сатурна, вероятно, являются остатками допланетной материи, и состоят из образований, размеры которых могут быть от мелких песчинок до фрагментов порядка нескольких метров.
Есть и иная теория образования колец, по которой они – остатки разрушенных кометами и метеоритами неких больших спутников Сатурна, образовавшихся несколько миллиардов лет назад. Хотя не исключено, что и в настоящее время имеются источники пополнения колец веществом. Так, плотность вещества в кольце E возрастает по направлению к орбите спутника Сатурна Энцелада. Вполне возможно, что Энцелад и является источником вещества для этого кольца.
Природа структуры колец, по- видимому, резонансная. Так, деление Кассини – это область орбит, в которой период обращения каждой частицы вокруг Сатурна ровно вдвое меньше, чем у ближайшего крупного спутника Сатурна – Мимаса. Из- за такого совпадения Мимас своим притяжением как бы раскачивает частицы, движущиеся внутри деления, и в конце концов выбрасывает их оттуда. Однако, как мы уже рассказывали выше, кольца Сатурна скорее похожи на « граммофонную пластинку» и объяснить такую их структуру резонансами с периодами обращения спутников Сатурна уже невозможно.
Поэтому, вероятно, подобная структура – результат механически неустойчивого распределения частиц по плоскости колец, вследствие чего возникают круговые волны плотности – наблюдаемая тонкая структура.
Первым высказал подобное предположение знаменитый немецкий философ Иммануил Кант, который объяснял тонкую структуру колец Сатурна столкновением частиц, вращающихся дифференциально вокруг планеты согласно законам Кеплера. Именно дифференциальное вращение, согласно Канту, является причиной расслоения диска на серию тонких колечек.
Позднее французский астроном Симон Лаплас доказал высказанную Кантом неустойчивость 2- ух видимых с Земли колец Сатурна.
Также, вычислив условия равновесия колец Сатурна, Лаплас доказал, что их существование возможно лишь при быстром вращении планеты вокруг оси, что впоследствии и было доказано наблюдениями В. Гершеля, обратившего внимание на заметное полярное сжатие Сатурна.
В 1857- 59 гг. кольца Сатурна описал в своих работах англичанин Максвелл Джеймс Клерк, показавший, что устойчивым существование кольца вокруг планеты может быть только в том случае, если оно состоит из совокупности отдельных не связанных между собой малых тел: сплошное твёрдое или жидкое кольцо было бы разорвано силой притяжения планеты.
Несколько позже – в 1885 году форму колец Сатурна описала русский математик С. В. Ковалевская, подтвердившая вывод Максвелла о том, что кольца Сатурна представляют собой не единое целое, а состоят из отдельных, небольших по размерам тел.
В конце 19 в. этот теоретический вывод Максвелла и Ковалевской был эмпирически подтверждён независимо друг от друга А. А. Белопольским (Россия), Дж. Килером (США) и А. Деландром (Франция), которые сфотографировали спектр Сатурна с помощью щелевого спектрографа и на основе эффекта Доплера- Физо обнаружили, что внешние части кольца Сатурна вращаются медленнее, чем внутренние.
Измеренные скорости оказались равными тем, которые имели бы спутники Сатурна, если бы они находились на тех же расстояниях от планеты. Отсюда ясно: кольца Сатурна по существу представляют собой колоссальное скопление мелких твёрдых частиц, самостоятельно обращающихся вокруг планеты. Размеры частиц столь малы, что их не видно не только в земные телескопы, но и с борта космических аппаратов. Лишь с помощью сканирования радиолучом на волне 3,6 см. колец A, C и деления Кассини, во время прохода мимо Сатурна « Вояджёра- 1» , удалось установить их размеры. Оказалось, что средний поперечник частиц кольца А равен 10 метрам, частиц деления Кассини – восьми, а кольца С – всего 2 метрам.
В остальных кольцах Сатурна, за исключением кольца B, частицы намного меньше по размерам, и их число незначительно. По сути кольца эти состоят из пылинок с поперечником около десятитысячных долей мм.
Надо сказать, что частицы в кольце B образуют странные радиальные образования – « спицы» , расположенные над плоскостью кольца. Не исключено, что « спицы» удерживаются силами электростатического отталкивания. Любопытно отметить, что изображения таинственных « спиц» были найдены на некоторых зарисовках Сатурна, сделанных ещё в прошлом веке. Но тогда никто не придал им значения.
Кроме спиц космические « Вояджёры» обнаружили неожиданным эффект, а именно многочисленные кратковременные всплески радиоизлучения, поступающего от колец. Это было не что иное, как сигналы от электростатических разрядов – своего рода молний. Источник электризации частиц, по- видимому, столкновения между ними. Была открыта и окутывающая кольца газообразная атмосфера из нейтрального атомарного водорода.
По интенсивности линии Лайсан- альфа (1216 А) в ультрафиолетовой части спектра « Вояджёрами» было подсчитано число атомов водорода в кубическом сантиметре атмосферы. Их оказалось примерно 600...
В результате исследования спектра колец выяснилось также, что частицы их составляющие по- видимому либо покрыты льдом (или инеем), либо состоят из льда, причём водяного. В последнем случае массу всех колец можно оценить в 10 23 г, т.е. на 6 порядков меньше массы самой планеты. Однако, анализ траектории космического корабля « Пионер- 11» показал, что масса колец ещё меньше и не достигает даже 1,7 миллионной массы Сатурна.
Температура колец очень низкая – порядка 80 К (-193° C). Частицы во всех кольцах двигаются с практически одинаковыми скоростями (около 10 км/с), иногда сталкиваясь друг с другом...
В течение 29,5 лет с Земли кольца Сатурна дважды видны в максимальном раскрытии и дважды наступают периоды, когда Солнце и Земля находятся в плоскости колец, и тогда кольца освещаются Солнцем «с ребра». В этот период кольца почти совсем не видны, что свидетельствует об их очень малой толщине: порядка 1- 4 (до 20) км. Сквозь кольца можно даже увидеть звёзды, хотя свет их при этом заметно ослабевает.
Спутники Сатурна
Наряду с системой колец у Сатурна есть ещё и целая система спутников, которых в настоящее время известно 60.
Первый спутник обнаружил ещё в 1655 году Христиан Гюйгенс, и это был огромный Титан – единственный спутник Сатурна, имеющий плотную атмосферу, а своими размерами превосходящий Меркурий.
Несколько позже – в 1671 году, Жан- Доминик Кассини открывает ещё один спутник – Япет. Спустя год он же открывает Рею, а в 1684 году – Диону и Тефию. После этих открытий, в течении более сотни лет, сведений о новых спутниках Сатурна не поступало. И казалось что так будет вечно. Но, в 1789 году сразу два спутника Сатурна были обнаружены Уильямом Гершелем. Это были Мимас и Энцелад.
Спустя ещё шестьдесят лет, а именно в 1848 г., был открыт Гиперион, в 1898- ом – Феба. Следом за ними – в 1966 году, были открыты Эпитемий и Джуна. После этого число открытых спутников Сатурна, в связи с увеличившейся разрешающей способностью наземных телескопов, стало стремительно возрастать, и к 1997 году, в котором состоялся запуск космического корабля « Cassini» , достигло 18. К этому числу « Cassini» добавил ещё четыре новых спутника, обнаруженных после его прибытия к Сатурну.
Всего к настоящему времени у Сатурна известно 52 официально подтверждённых спутника, каждый из которых имеет своё название. Наряду с ними имеются и другие, пока неподтверждённые спутники, которые имеют небольшие размеры и более одного раза не наблюдались. Одни из них лежат в пределах орбиты Дионы, другие – между орбитами Дионы и Тефии, третьи – между орбитами Дионы и Реи.
Все спутники, кроме огромного Титана, сложены в основном из водяного льда, с небольшой примесью скальных пород, на что указывает их невысокая плотность (порядка 1400- 2000 кг/м 3). У наиболее крупных из них, таких как Мимас, Диона, Рея, формируется каменистое ядро, занимающее по массе до 40% от массы всего спутника. Строение же Титана походит на строение больших спутников Юпитера: тоже твёрдое каменистое ядро и ледяная оболочка.
Спутники Сатурна, как впрочем и спутники других планет- гигантов, можно разделить на две группы – регулярные и иррегулярные. Регулярные спутники движутся по почти круговым орбитам, лежащим недалеко от планеты вблизи её экваториальной плоскости. Все регулярные спутники обращаются в одном направлении – в направлении вращения самой планеты. Это указывает на то, что сформировались эти спутники в газопылевом облаке, окружавшем планету в период её формирования. Правда из этого правила есть два исключения – Япет и Феба.
В отличие от них, иррегулярные спутники обращаются далеко от планеты по хаотическим орбитам, ясно указывающим, что эти тела были захвачены планетой из числа пролетавших мимо неё астероидов или ядер комет.
Регулярные спутники Сатурна, которых всего известно 18, имеют синхронное вращение (циклический сдвиг), и поэтому всегда повёрнуты к планете одной стороной. Исключением из этого правила является Гиперион, имеющий хаотическое собственное вращение, и Феба, вращающаяся в противоположную сторону.
Вообще же можно сказать, что каждый спутник Сатурна уникален, и каждый из них заслуживает внимания. Взять вот, например, Титан – огромный спутник, чей диаметр – 5150 километров, позволяет ему считаться вторым по величине спутником в Солнечной системе. К тому же только у Титана имеется плотная красно- оранжевая атмосфера, толщиной почти 600 км.. Причём атмосфера эта, по своему составу, напоминает атмосферу древней Земли, т.к. на 95% состоит из азота. Имеются следы присутствия в ней аргона, метана, кислорода, водорода, этана, пропана и других газов. Метан, кстати, на Титане может находиться во всех 3- х агрегатных состояниях, поэтому, неудивительно существование на спутнике метанового океана, озёр и рек. Да и обычный, водный океан на Титане тоже существует, правда, не на поверхности, а на глубине в несколько километров. На это указывает большая изменчивость деталей поверхности Титана, которые в разное время наблюдаются в разных местах.
Такое возможно только если предположить, что под поверхностью находится мощный слой жидкой воды. Таким образом, Титан – пятый космический объект в пределах Солнечной системы на котором найдена жидкая вода...
Не менее интересен чем Титан и другой спутник Сатурна – Япет. Его передняя (по ходу движения) полусфера сильно отличается по отражательной способности от задней. Одна из них столь же яркая как снег, другая – такая же тёмная как чёрный бархат. Это связано с тем, что передняя часть Япета сильно загрязнена пылью, которая падая на его поверхность при движении другого спутника – Фебы, вызывает сильное её почернение.
Феба же спутник тоже уникальный, т.к. единственный вращается вокруг планеты в противоположную сторону. К тому же её поверхность очень тёмная – самая тёмная среди всех спутников Сатурна.
А вот самая яркая поверхность у Энцелада, который по этому показателю – первый в Солнечной системе (его альбедо близко к 1, как у свежевыпавшего снега). У Энцелада также наибольшая тектоническая и вулканическая активность, причём вулканы Энцелада не простые, а ледяные. Из- за них его поверхность покрыта слоем инея, и потому такая яркая.
Очень интересен и ещё один спутник Сатурна – Гиперион, единственный из больших спутников имеющий неправильную форму, вызванную столкновением с неким массивным космическим телом. Возможно, а скорее даже вероятно, именно этим столкновением вызвано хаотическое вращение Гипериона вокруг своей оси, скорость которого меняется в течение месяца на десятки процентов.
От столкновения с каким- то большим космическим телом образовался и 130 километровый кратер Гершель на поверхности другого спутника Сатурна – Мимаса. Вал, окружающий этот кратер так высок, что явственно заметен даже на фотографиях. Надо сказать, что подобные гигантские кратеры на спутниках Сатурна не редкость. Так на поверхности Дионы обнаружен кратер с диаметром около 100 км., а на поверхности Реи – второго по размерам спутника Сатурна, есть кратеры диаметром вплоть до 300 км. Рея, кстати, интересна ещё и тем, что единственная из всех спутников, причём не только Сатурна, имеет кольца. Обнаружено это было 7 марта этого года, во время полёта космического корабля « Cassini» . Кольцо у Реи, по- видимому, всего одно, и состоит из раздробленных осколков столкнувшегося с Реей в далёком прошлом астероида или кометы. Диаметр этого кольца до нескольких тысяч километров и расположено оно почти вплотную к спутнику. Дополнительное облако пыли может расширяться до 5900 км. от центра спутника.
Да, Рея спутник конечно интересный, но вернёмся к разговору о кратерах. Как уже было сказано 100- 200 километровые кратеры на спутниках Сатурна – не редкость, но даже они – ничто по сравнению с кратером Одиссей, диаметром 400 км., который лежит на поверхности Тефии. На этом спутнике, кстати, обнаружен и гигантский каньон Итака, протянувшийся на 3 тысячи километров, что больше чем диаметр спутника (~2000 км.).
Но не только этим интересна Тефия. Она ещё и как бы «пасёт» два других спутника – Телесто и Калипсо, расположенных на 60° впереди и позади Тефии. Спутником- пастухом является и Диона, « пасущая» Елену и Полидевка. Места в пространстве, которые занимают эти « пасущиеся» спутники называют лагранжевые. Подобным образом, кстати, двигаются астероиды Троянцы вместе с Юпитером.
Некоторые же из спутников оказывают своё влияние на кольца Сатурна – это т.н. спутники- пастухи. Таковы, например, Прометей и Пандора, взаимодействующие с кольцевым материалом кольца F, и не позволяющие этому материалу выйти за пределы кольца, или Атлас, движущийся у внешнего края кольца А; он не даёт частицам кольца выходить за пределы этого края. Кольцо F кстати очень необычное. Так, бортовые камеры « Вояджёра- 1» показали, что кольцо состоит из нескольких колечек общей шириной 60 км., причем два из них перевиты друг с другом, как шнурок. Вызвана столь необычная конфигурация взаимодействием колечек с двумя спутниками, движущихся непосредственно вблизи кольца F, – один у внутреннего края, другой – у внешнего. Притяжение этих спутников не дает крайним частицам уходить далеко от его середины – спутники как бы « пасут» частицы. Они же, как показали расчёты, вызывают движение частиц по волнистой линии, что и создает наблюдаемые переплетения компонентов кольца. Но « Вояджёр- 2» , прошедший близ Сатурна девятью месяцами позже, не обнаружил в кольце F ни переплетений, ни каких- либо других искажений формы, в частности, и в непосредственной близости от пастухов. Таким образом, форма кольца оказалась изменчивой. Чем вызвано такое странное поведение колечек – не известно...
Общие сведения о Сатурне
Эта планета более других планет-гигантов похожа на Юпитер. Ее масса в 95 раз и экваториальный радиус (60370 км) в 9,5 раза превышают земные, а сжатие составляет 1:10, т. е. полярный радиус в 8,5 раза больше земного. Ускорение силы тяжести на Сатурне в 1,15 раза превышает земное, а критическая скорость равна 37 км/с. Ось вращения планеты наклонена под углом в 26°45", и если бы она по своей природе походила на Землю и находилась значительно ближе к Солнцу, то на ней сменялись бы сезоны года. Но структура Сатурна такая же, как у Юпитера, и он тоже вращается зонально с периодами в 10ч 14м (экваториальный пояс) и в 10ч 39м (умеренные пояса). О газообразной структуре планеты свидетельствует и ее небольшая средняя плотность, равная 0,69 г/см3, т. е., образно говоря, если бы Сатурн оказался в воде, то он плавал бы на ее поверхности. Из-за меньшей (в сравнении с Юпитером) массы давление в недрах Сатурна нарастает медленнее, и, по-видимому, слой жидкого водорода в смеси с гелием начинается на глубине, равной половине радиуса планеты, где температура достигает 10000°С, а давление - 3-109 гПа (3-106 атм.). Ниже, на глубине 0,7-0,8 радиуса, имеется, слой металлической фазы водорода, электрические токи в котором порождают магнитное поле планеты, а под этим слоем находится расплавленное силикатно-металлическое ядро, масса которого в 9 раз больше массы Земли, или почти 0,1 массы Сатурна.
Сатурн получает от Солнца в 92 раза меньше энергии, чем Земля, кроме того, 45% этой энергии он отражает. Поэтому температура его верхних слоев должна быть около -190°С, но она близка к -170°С. Объясняется это тем, что из горячих недр планеты поступает тепла в два раза больше, чем от Солнца. Радиоизлучение Сатурна сравнительно небольшое, что свидетельствует о наличии у него магнитного поля и радиационного пояса, более слабых, чем у Юпитера. Это подтверждено автоматической станцией «Пионер-11», которая 1 сентября 1979 г. пролетела на расстоянии 21 400 км от поверхности Сатурна и обнаружила его магнитное поле, ось которого почти совпадает с осью вращения планеты. Радиационный пояс состоит из нескольких зон, разделенных широкими полостями, не содержащих электрически заряженных частиц. У Сатурна есть еще две луны - их сфотографировал зонд «Кассини». Факт, что такие мелкие планеты (3 и 4 км в диаметре) уцелели до сих пор, означает, что мелкие кометы, которые обычно угрожают им, встречаются в Солнечной системе не так уж часто. Всего спутников у шестой планеты теперь 33 с поперечниками от 34 до 5150 км. Как и у Юпитера, эти спутники занумерованы в порядке последовательности их открытия.
На фотографиях, полученных автоматическими станциями, видно, что поверхности крупных спутников покрыты множеством кратеров самых различных размеров.
Все спутники Сатурна обращаются вокруг него в прямом направлении, и
только самый далекий, девятый спутник Феба, отстоящий от планеты
почти на 13 млн. км, имеет обратное движение и завершает один оборот
по орбите за 550 суток.
Кольца Сатурна
У Сатурна имеется кольцо, открытое еще в 1656 г. голландским физиком X. Гюйгенсом (1629-1695), а точнее, семь тонких плоских концентрических колец, которые отделены друг от друга темными промежутками и обращаются вокруг планеты в плоскости ее экватора. Внешнее кольцо, обозначаемое буквой А, менее ярко, чем отделенное от него щелью Кассини кольцо B, внутри которого находится третье кольцо С, из-за своей малой яркости называемое креповым и видимое только в сильные телескопы; оно отделено от кольца В делением Максвелла. Внешние и внутренние радиусы этих колец соответственно равны 138000 и 120000 км (А), 116000 и 90000 км (В), 89000 и 72000 км (С).
Сохраняя свое направление в пространстве, кольца через каждые 14,7 года (половина периода обращения Сатурна вокруг Солнца) бывают повернуты к Земле ребром и не видны; только их тень узкой темной полоской падает на диск планеты. Это явление называется исчезновением колец. Последнее их исчезновение было в 1994 г.
Сатурн, шестая по расстоянию от Солнца большая планета Солнечной системы; астрономический знак ћ С. относится к числу планет-гигантов. Большая полуось орбиты С. (его среднее расстояние от Солнца) составляет 9,54 а. е., или 1,43 млрд. км. Эксцентриситет орбиты С. 0,056 (наибольший среди планет-гигантов). Угол наклона плоскости орбиты С. к плоскости эклиптики равен 2°29’. Полный оборот вокруг Солнца (сидерический период обращения) С. совершает за 29,458 лет со средней скоростью 9,64 км/сек. Синодический период обращения равен 378,09 сут. На небе С. выглядит как желтоватая звезда, блеск которой меняется от нулевой до первой звёздной величины (в среднем противостоянии). Большая изменчивость блеска связана с существованием вокруг С. колец; угол между плоскостью колец и направлением на Землю меняется в пределах от 0 до 28°, и земной наблюдатель видит кольца под разным углом, что и определяет изменение блеска С. Видимый диск С. имеет форму эллипса с осями 20,7” и 14,7” (в среднем противостоянии). В верхнем соединении с Солнцем видимые размеры С. на 25% меньше, а блеск на 0,48 звёздной величины слабее. Визуальное альбедо С. равно 0,69.
Эллиптичность диска С. отражает его сфероидальную форму, которая является следствием быстрого вращения С.: период его вращения вокруг своей оси равен 10 ч 14 мин на экваторе, 10 ч 38 мин на умеренных широтах и 10 ч 40 мин на широте около 60°. Ось вращения С. наклонена к плоскости его орбиты на 63°36’. В линейной мере экваториальный радиус С. составляет 60 100 км, полярный - 54 600 км (точность около 1%), а сжатие равно 1:10,2. Объём С. превышает объём Земли в 770 раз, а масса С. в 95,28 раз больше земной (5,68·10226 кг), так что средняя плотность С. составляет 0,7 г/см3 - вдвое меньше плотности Солнца. По отношению к Солнцу масса С. составляет 1:3499. Ускорение силы тяжести на поверхности С. на экваторе равно 9,54 м/сек2. Параболическая скорость (скорость убегания) на поверхности С. достигает 37 км/сек.
На диске С. видно мало деталей, даже при рассматривании его в наилучших условиях. Видны лишь параллельные экватору светлые и тёмные полосы, на которые изредка накладываются тёмные или светлые пятна, с помощью которых и определяется вращение С.
Температура поверхности С. по измерениям теплового потока, исходящего из планеты в инфракрасной области спектра, определяется от - 190 до - 150 °С (что выше равновесной температуры - 193 °С), соответствующей получаемому от Солнца потоку тепла. Это свидетельствует о том, что в тепловом излучении С. есть доля собственного глубинного тепла, что подтверждается и измерениями радиоизлучения.
Различие угловых скоростей вращения С. на разных широтах свидетельствует о том, что наблюдаемая с Земли его поверхность есть лишь верхний облачный слой атмосферы. О внутреннем строении С. можно составить некоторое представление на основании теоретических исследований. Наблюдаемые возмущения в движении спутников С., будучи сопоставлены со сжатием его фигуры и средней плотностью, позволяют определить приблизительный ход давления и плотности в недрах С. (см. Планеты). Очень малая средняя плотность С. говорит за то, что он, как и другие планеты-гиганты, состоит преимущественно из лёгких газов - водорода и гелия, которые преобладают и на Солнце. Предположительно в состав С. входят водород (80%), гелий (18%), более тяжёлых элементов, сконцентрированных в ядре планеты, всего лишь 2%. Водород до глубин около половины радиуса находится в молекулярной фазе, а глубже под влиянием колоссальных давлений переходит в фазу металлическую. В центре С. температура близка к 20 000 К.
Химический состав атмосферы, находящейся над облачным слоем С., определяется по линиям поглощения в спектре планеты. Главную её часть составляет молекулярный водород (40 км-атм), безусловно присутствует метан CH4 (0,35 км-атм), предполагается существование аммиака (NH3), хотя возможно, что в форме аэрозолей он присутствует в облаках. Имеются основания предполагать, что и в атмосфере С. есть гелий, спектроскопически не проявляющий себя в доступной нам области спектра. Магнитное поле у С. не обнаружено.
Примечательной особенностью планеты являются кольца Сатурна - концентрические образования различной яркости, как бы вложенные друг в друга, и образующие единую плоскую систему небольшой толщины, располагающуюся в экваториальной плоскости С. Кольцо вокруг С. впервые наблюдал Г. Галилей в 1610, но из-за низкого качества телескопа он принял видимые по краям планеты части кольца за спутники С. Правильное описание кольца С. дал Х. Гюйгенс (1659), а Дж. Кассини вскоре показал, что оно состоит из двух концентрических составляющих - колец А и В, разделённых тёмным промежутком (так называемым «делением Кассини»). Много позже (в 1850) американский астроном У. Бонд открыл внутреннее слабо светящееся кольцо (С), а в 1969 было обнаружено ещё более слабое и близкое к планете кольцо D. Яркость кольца D не превышает 1/20 яркости самого яркого кольца - кольца В. Кольца расположены на следующих расстояниях от планеты: А - от 138 до 120 тыс. км, В - от 116 до 90 тыс. км, С - от 89 до 75 тыс. км и D - от 71 тыс. км почти до поверхности С.
Природа колец С. стала ясной после того, как английский физик Дж. Максвелл (в 1859) и русский математик С. В. Ковалевская (в 1885) разными методами доказали, что устойчивым существование кольца вокруг планеты может быть только в том случае, если оно состоит из совокупности отдельных малых тел: сплошное твёрдое или жидкое кольцо было бы разорвано силой притяжения планеты.
Этот теоретический вывод в конце 19 в. был эмпирически подтвержден независимо друг от друга А. А. Белопольским (Россия), Дж. Килером (США) и А. Деландром (Франция), которые сфотографировали спектр С. с помощью щелевого спектрографа и на основе эффекта Доплера - Физо обнаружили, что внешние части кольца С. вращаются медленнее, чем внутренние. Измеренные скорости оказались равными тем, которые имели бы спутники С., если бы они находились на тех же расстояниях от планеты.
В течение 29,5 лет с Земли кольца С. дважды видны в максимальном раскрытии и дважды наступают периоды, когда Солнце и Земля находятся в плоскости колец, и тогда кольца либо освещаются Солнцем «с ребра», либо оно для земного наблюдателя видно «с ребра». В этот период кольца почти совсем не видны, что свидетельствует об их очень малой толщине. Разные исследователи, основываясь на визуальных и фотометрических наблюдениях и их теоретической обработке, приходят к заключению, что средняя толщина колец составляет от 10 см до 10 км. Конечно, кольцо такой толщины увидеть с Земли «с ребра» невозможно. Размеры твёрдых тел в кольцах оцениваются от 10-1 до 103 см с преобладанием глыб диаметром около 1 м, что подтверждается и наблюдаемым отражением радиоволн от колец С.
Химический состав вещества колец, по-видимому, одинаков у всех четырёх составляющих, различна в них только степень заполнения пространства глыбами. Спектр колец С. существенно отличен от спектра самого С. и освещающего их Солнца; спектр указывает на повышенную отражательную способность колец в ближней инфракрасной области (2,1 и 1,5 мкм), что соответствует отражению от льда H2O. Можно считать, что тела, образующие кольца С., либо покрыты льдом или инеем, либо состоят из льда. В последнем случае массу всех колец можно оценить в 1024 г, т. е. на 5 порядков меньше массы самой планеты. Температура колец С., по-видимому, близка к равновесной, т. е. к 80 К.
С. имеет десять спутников. Один из них - Титан - имеет размеры, сравнимые с размерами планет; его диаметр равен 5000 км, масса 2,4×10-4 массы С., он обладает атмосферой, имеющей в своём составе метан. Самый близкий к планете спутник - Янус, открытый в 1966: он обращается вокруг планеты за 18 ч, на среднем расстоянии 160 тыс. км; его диаметр около 220 км. Самый далёкий спутник - Феба; обращается вокруг С. в обратном направлении на расстоянии около 13 млн. км (см. Спутники планет).
Сатурн, если считать по удалённости от Солнца, является шестой планетой, а если по величине, то второй. Это газовый гигант, масса которого превосходит массу в 95 раз. Он имеет самую низкую плотность из всех планет и даже меньшую, чем у воды. Планета Сатурн, является, пожалуй, одной из самых красивых и загадочных. Её вид поражает и манит. Сказочные кольца создают ощущение чего – то необычного, благодаря им, его невозможно спутать с другой планетой, он единственный в своём роде.
Что означает название Сатурна? Известно, что оно происходит от имени Бога Кроноса, который повелевал могучими титанами в греческой мифологии. Планета получила данное название, благодаря своим гигантским размерам и необычному виду.
Параметры планеты
Атмосфера
В атмосфере Сатурна бушуют сильные ветра. Их скорость настолько велика, что составляет около 500 км/ч, а порой, достигает и 1500 км/ч. Согласитесь, довольно неприятное явление, но с Земли (если смотреть в телескоп) они выглядят очень красиво. На планете бушуют настоящие циклоны, самым большим из которых является Большой белый овал. Он получил это название за внешний вид, и представляет из себя мощнейший антициклон, систематически появляющийся на поверхности примерно один раз в тридцать лет. Размеры его просто гигантские, и составляют около 17 тысяч километров.
Атмосфера планеты стоит в основном из водорода и гелия, имеется совсем немного немного азота. В верхних слоях наблюдаются аммиачные облака.
Имеются и такие образования, как пятна. Правда они не так заметны, как, например, у Юпитера, но всё - таки, некоторые довольно большие и достигают около 11 тыс. км. То есть, довольно внушительны. Есть и светлые пятна, они намного меньше, всего около 3 тыс. км, а так же, коричневые, размеры которых составляют 10 тыс. км.
Имеются и полосы, которые, как предполагают учёные, появились от перепада температур. Их довольно много и именно в центре полос дуют самые мощнейшие ветра.
В верхних слоях атмосферы очень холодно. Температура колеблется от –180 °С до –150 °С. Хоть это и страшный холод, но, если бы внутри планеты не было ядра, обогревающего и дающего тепло, то температура атмосферы была бы заметно ниже, ведь Солнце же далеко.
Поверхность
У Сатурна нет твёрдой поверхности, а то, что мы видим, это только верхушки облаков. Их верхний слой состоит из замёрзшего аммиака, а нижний — из аммония. Чем ближе к планете, тем плотнее и горячее водородная атмосфера.
Внутреннее строение очень схоже с таковым у Юпитера.Ученые предполагают, что в центре планеты находится большое силикатно – металлическое ядро. Так, на глубине около 30 000 км. температура составляет 10000 °С, а давление около 3 млн. атмосфер. В самом ядре, давление ещё более высокое, так же как и температура. В нём и находится источник тепла, согревающий всю планету. Сатурн выделяет больше тепла, чем получает от .
Ядро окружено водородом, находящимся в металлическом состоянии, а над ним, уже ближе к поверхности, слой жидкого молекулярного водорода, переходящего в свою газовую фазу, примыкающую к атмосфере. Магнитное поле планеты имеет уникальную особенность, которая заключается в совпадении с осью вращения планеты. У магнитосферы Сатурна симметричный вид, но радиационные полюса правильной формы и имеют пустоты.
Первым, кто увидел кольца, был великий Галилео Галилей, и было это аж в 1610 году. Уже позже, при помощи более мощного телескопа, голландский астроном Гюйгенс, предположил, что Сатурн имеет два кольца: одно тонкое и одно плоское. На самом же деле, их на много больше, и состоят они из многочисленных кусочков льда, камней, самых разных размеров, сметающих всё на своём пути. Кольца просто огромные. Самое большое из них, превосходит размеры планеты в 200 раз. По сути, это мусор, который остался от разрушенных комет, спутников и иных космических отходов.
Интересно, что кольца тоже имеют название. Они расположены в алфавитном порядке, то есть это кольцо А, В, С и так далее.
У Сатурна всего 61 спутник. Они имеют различную форму, но в большинстве своём они малых размеров. В основном представляют из себя ледяное образование и только некоторые имеют примеси горных пород. Названия многих спутников произошли от имён титанов, и их потомков, так как само название планеты происходит от Кроноса, который повелевал ими.
Самые крупные спутники планеты — Титан, Феба, Мимас, Тефия, Диона, Рея, Гиперион и Япет. Они, кроме Фебы, вращаются синхронно и постоянно обращены одной стороной относительно Сатурна. Многие исследователи предполагают, что Титан, очень похож по своему строению и некоторым другим параметрам с молодой Землёй (какой она была 4.6 млрд. лет тому назад).
Здесь и условия более благоприятны, и возможно, имеются простейшие микроорганизмы. Но пока что, подтвердить это не представляется возможным.
Путешествие на Сатурн
Если бы мы сейчас отправились на эту удивительную планету, то увидели бы завораживающую картину. Представьте себе, гигантский Сатурн, вокруг которого на огромной скорости вращаются многочисленные остатки планет, куски комет и льда, ведь именно это и представляет из себя тот самый пояс – кольцо, которое так красиво выглядит с Земли. На самом деле, всё не так романтично. А над планетой парят облака, плотно покрывающие всю поверхность. Местами, бушуют дикие ветра, проносясь на огромной скорости, которая быстрее, чем скорость звука на Земле.
Временами здесь бывают молнии, а значит, мы могли бы попасть под их воздействие, тем более опасно, что укрыться негде. В общем, Сатурн, довольно опасное место для нахождения человека, как бы надёжно он ни был защищён. Вас может унести ураган или попасть молния, тем более, не забывайте, что это газообразная планета, со всеми вытекающими отсюда последствиями.
- Сатурн является самой разряженной планетой в . Плотность составляет меньше плотности воды. А вращение планеты настолько велико, что она сплющивается со стороны полюсов.
- У Сатурна имеется феномен, который называется «Гигантский гексагон». Ни одна другая планета в солнечной системе не имеет этого. Что это такое? Это довольно устойчивое образование, представляющее из себя правильный шестиугольник, который окружает северный полюс планеты. Этот атмосферный феномен до сих пор ещё никто не может объяснить. Предполагается, что это головная часть вихря, основная масса которого находится в глубине водородной атмосферы. Размеры его огромны и составляют 25 тыс. километров.
- Если бы Солнце было в форме двери, то планета Земля по сравнению с ней, была бы размером с монетку, а Сатурн как баскетбольный мяч. Таковы их размеры в сравнении.
- Сатурн - это гигантская газообразная планета без твёрдой поверхности. То есть, то, что мы можем видеть, это не является твёрдым, а всего лишь облака.
- Средний радиус планеты составляет 58.232 км. Но не смотря на такие большие размеры, он вращается довольно быстро.
- На Сатурне сутки длятся 10,7 часов, это то время, которое необходимо планете для совершения одного оборота вокруг своей оси. Продолжительность года составляет 29,5 земных лет.
- Солнечный ветер, врезаясь в атмосферу Сатурна, создает своеобразные «звуки». Если перевести их в диапазон слышимых человеком звуковых волн, получится страшноватая мелодия:
Те, кто долетел до Сатурна
Самый первый космический корабль, достигший Сатурна бы Пионер 11, и произошло данное событие в 1979 году. Он не приземлялся на саму планету, а только пролетел относительно близко, на расстоянии 22.000 км. были сделаны фотографии, которые открыли свет учёным астрономам на некоторые вопросы к космическому гиганту. Немного позже, аппарат Кассини сумел отправить зонд на его спутник – Титан. Он успешно приземлился и сделал уже более подробные снимки как самого Сатурна, так и Титана. А в 2009 году под ледяной поверхностью Энцелада был обнаружен целый океан льда.
Совсем недавно, астрономы обнаружили в атмосфере планеты полярное сияние нового типа, оно образует кольцо вокруг одного из полюсов.
Планета все ещё таит в себе много тайн и загадок, которые предстоит разгадать астрономам и учёным в будущем.
Сатурн – шестая от Солнца планета Солнечной системы, одна из планет-гигантов. Характерная особенность Сатурна, его украшение, – система колец, состоящих в основном изо льда и пыли. Обладает множеством спутников. Сатурн был назван древними римлянами в честь особо почитаемого ими бога земледелия.
Краткая характеристика
Сатурн – вторая планета в Солнечной системе по величине после Юпитера, его масса составляет примерно 95 масс Земли. Сатурн вращается вокруг Солнца на среднем расстоянии около 1430 миллионов километров. Расстояние до Земли составляет 1280 млн. км. Период его обращения – 29,5 лет, а сутки на планете длятся десять с половиной часов. Состав Сатурна практически не отличается от солнечного: основные элементы – водород и гелий, а также многочисленные примеси аммиака, метана, этана, ацетилена и воды. По внутреннему же составу он больше напоминает Юпитер: ядро из железа, воды и никеля, покрытое тонкой оболочкой из металлического водорода. Атмосфера из огромного количества газообразного гелия и водорода толстым слоем обволакивает ядро. Поскольку планета состоит главным образом из газа, а твердая поверхность отсутствует, Сатурн причисляют к газовым гигантам. По той же причине его средняя плотность невероятно мала – 0,687 г/см 3 , что меньше плотности воды. Это делает его наименее плотной планетой в системе. Однако степень сжатия у Сатурна наоборот самая высокая. Это означает, что его экваториальный и полярный радиусы сильно различаются по величине – 60 300 км и 54 400 км соответственно. Из этого также следует большая разница в скоростях для различных частей атмосферы в зависимости от широты. Средняя скорость вращения вокруг оси – 9,87 км/с, а орбитальная скорость – 9,69 км/с.
Величественное зрелище представляет собой система колец Сатурна. Они состоят из обломков льда и камней, пыли, остатков бывших спутников, разрушенных его гравитационным
полем. Они расположены очень высоко над экватором планеты, примерно в 6 – 120 тысячах километров. Однако сами кольца очень тонкие: каждый из них толщиной порядка километра. Всю систему делят на четыре кольца – три основных и одно более тонкое. Первые три принято обозначать латинскими буквами. Среднее кольцо В, самое яркое и широкое, отделено от кольца А пространством, называемым щелью Кассини, в котором расположились самые тонкие и практически прозрачные кольца. Малоизвестно, что на самом деле кольца имеются у всех четырех планет-гигантов, но у всех, кроме Сатурна, они почти не заметны.
В настоящее время известно 62 спутника Сатурна. Крупнейшие из них – Титан, Энцелад, Мимас, Тефия, Диона, Япет и Рея. Титан – самый крупный из спутников – во многом похож на Землю. Он имеет атмосферу, разделенную на слои, а также жидкость на поверхности, что уже сейчас является доказанным фактом. Более мелкие объекты предположительно являются обломками астероидов, и их размер может составлять менее километра.
Образование планеты
Существует две гипотезы происхождения Сатурна:
Первая – гипотеза «контракции» – гласит, что Солнце и планеты сформировались одинаково. На начальных этапах своего развития Солнечная система представляла собой диск из газа и пыли, в котором постепенно образовывались отдельные участки, более плотные и массивные, чем окружавшее их вещество. В результате эти «сгущения» дали начало Солнцу и известным нам планетам. Этим объясняется схожесть состава у Сатурна и Солнца и его малая плотность.
Согласно второй гипотезе «аккреции», образование Сатурна шло в два этапа. Первый – формирование в газопылевом диске плотных тел наподобие твердых планет земной группы. В это время часть газов в области Юпитера и Сатурна рассеялась в космическое пространство, чем объясняется небольшая разница в составе у этих планет с Солнцем. На втором этапе более крупные тела притягивали на себя газ из окружавшего их облака.
Внутреннее строение
Внутренняя область Сатурна разделяется на три слоя. В центре находится небольшое по сравнению с общим объемом, но массивное ядро из силикатов, металлов и льда. Его радиус составляет примерно четверть радиуса планеты, а масса – от 9 до 22 земных масс. Температура в ядре – около 12 000 °C. Энергия, излучаемая газовым гигантом, в 2,5 раза превышает энергию, получаемую ей от Солнца. Причин этому несколько. Во-первых, источником внутреннего тепла могут быть запасы энергии, накопленные при гравитационном сжатии Сатурна: при формировании планеты из протопланетного диска гравитационная энергия пыли и газа переходила в кинетическую, а затем в тепловую. Во-вторых, часть тепла создается за счет механизма Кельвина-Гельмгольца: при падении температуры падает и давление, из-за чего вещество планеты сжимается, и потенциальная энергия переходит в тепло. В-третьих, в результате конденсации капель гелия и их последующего падения сквозь слой водорода внутрь ядра также может происходить генерация теплоты.
Ядро Сатурна окружает слой водорода в металлическом состоянии: он находится в жидкой фазе, но обладает свойствами металла. Такой водород обладает очень высокой электропроводностью, следовательно, циркуляция токов в нем создает мощное магнитное поле. Здесь, на глубине около 30 тыс. км, давление достигает 3 миллионов атмосфер. Выше этого уровня находится слой жидкого молекулярного водорода, который с высотой постепенно становится газом, соприкасаясь с атмосферой.
Атмосфера
Поскольку газовые планеты не имеют твердой поверхности, сложно определить точно, где именно начинается атмосфера. Для Сатурна за такой нулевой уровень принята высота, на которой происходит кипение метана. Основные компоненты атмосферы – водород (96,3 %) и гелий (3,25 %). Также спектроскопические исследования обнаружили в ее составе воду, метан, ацетилен, этан, фосфин, аммиак. Давление у верхней границы атмосферы составляет около 0,5 атм. На этом уровне конденсируется аммиак и образуются облака белого цвета. В нижней части облака состоят из кристаллов льда и капелек воды.
Газы в атмосфере постоянно движутся, вследствие чего они принимают вид полос, параллельных диаметру планеты. Такие же полосы есть и на Юпитере, однако на Сатурне они гораздо более тусклые. Из-за конвекции и быстрого вращения образуются невероятно сильные ветра, самые мощные в Солнечной системе. Ветра в основном дуют по направлению вращения, на восток. На экваторе воздушные потоки самые сильные, их скорость может достигать 1800 км/ч. С удалением от экватора ветра ослабевают, появляются западные потоки. Движение газов происходит во всех слоях атмосферы.
Крупные циклоны могут быть очень устойчивы и длиться годами. Раз в 30 лет на Сатурне возникает «Большой белый овал» – сверхмощный ураган, размеры которого каждый раз становятся больше. Во время последнего наблюдения в 2010 году он составлял четвертую часть от всего диска планеты. Также межпланетными станциями было обнаружено необычное образование в виде правильного шестиугольника на северном полюсе. Его форма стабильна вот уже в течение 20 лет после первого наблюдения. Каждая его сторона составляет 13 800 км – больше диаметра Земли. Для астрономов до сих пор остается загадкой причина образования именно такой формы облаков.
Камеры «Вояджеров» и «Кассини» зафиксировали светящиеся области на Сатурне. Ими оказались полярные сияния. Они располагаются на широте 70-80° и имеют вид очень ярких колец овальной (реже спиральной) формы. Считается, что сияния на Сатурне образуются в результате перестраивания силовых линий магнитного поля. В результате магнитная энергия нагревает окружающие области атмосферы и разгоняет заряженные частицы до высоких скоростей. Кроме того, во время сильных бурь наблюдаются разряды молний.
Кольца
Когда мы говорим о Сатурне, первое, что приходит на ум, – это его удивительные кольца. Наблюдения космических аппаратов показали, что все газовые планеты имеют кольца, но только у Сатурна они отчетливо видны и ярко выражены. Кольца состоят из мельчайших частиц льда, камней, пыли, обломков метеоритов, втянутых гравитацией системы из космического пространства. Они обладают большей отражательной способностью, чем диск самого Сатурна. Система колец состоит из трех основных и более тонкого четвертого. Их диаметр – примерно 250 000 км, а толщина – менее 1 км. Кольца названы буквами латинского алфавита по порядку, от периферии к центру. Кольца А и В между собой разделяются пространством шириной в 4000 км, называемым щелью Кассини. Внутри внешнего кольца А также есть щель – разделительная полоса Энке. Кольцо В – самое яркое и широкое, а С практически прозрачно. Более тусклые и самые близкие к внешней части атмосферы Сатурна кольца D, E, F, G были открыты позже. После того, как космическими станциями были получены снимки планеты, стало ясно, что на самом деле все крупные кольца состоят из множества более тонких колец.
Существует несколько теорий происхождения и образования колец Сатурна. Согласно одной из них, кольца образовались в результате «захвата» планетой некоторых своих спутников. Они разрушались, а их осколки равномерно распределялись по орбите. Вторая гласит, что кольца сформировались вместе с самой планетой из первоначального облака пыли и газа. Частицы, из которых состоят кольца, не могут образовать более крупные объекты наподобие спутников из-за слишком малых размеров, беспорядочного движения и соударений между собой. Стоит заметить, что система колец Сатурна не считается абсолютно стабильной: часть вещества утрачивается, поглощаясь планетой или рассеиваясь в околопланетное пространство, а часть, наоборот, возмещается при взаимодействии комет и астероидов с гравитационным полем.
По своей структуре и составу Сатурн из всех газовых гигантов больше всего сходств имеет с Юпитером. Значительную часть обеих планет составляет атмосфера из смеси водорода и гелия, а также некоторых других примесей. Такой элементный состав практически не отличается от солнечного. Под толстым слоем газов находится ядро изо льда, железа и никеля, покрытое тонкой оболочкой из металлического водорода. Сатурн и Юпитер выделяют большее количество теплоты, чем получают от Солнца, поскольку около половины излучаемой ими энергии обусловлено внутренними тепловыми потоками. Таким образом, Сатурн мог стать второй звездой, но ему не хватило вещества для создания достаточной гравитационной силы, способствующей термоядерному синтезу.
Современные космические наблюдения показали, что облака на северном полюсе Сатурна образуют гигантский правильный шестиугольник, длина каждой из сторон которого 12,5 тысяч км. Структура вращается вместе с планетой и не теряет своей формы уже в течение 20 лет со времени её первого обнаружения. Подобное явление не наблюдается больше нигде в Солнечной системе, и ученым до сих пор так и не удалось его объяснить.
Космические аппараты «Вояджер» обнаружили сильные ветра на Сатурне. Скорости воздушных потоков достигают 500 м/с. Ветра дуют в основном в восточном направлении, хотя при удалении от экватора их сила ослабевает и появляются потоки, направленные на запад. Некоторые данные говорят о том, что циркуляция газов происходит не только в верхних слоях атмосферы, но и на глубине. Также в атмосфере Сатурне периодически появляются ураганы колоссальной мощности. Крупнейший из них – «Большой белый овал» – появляется раз в 30 лет.
Сейчас на орбите Сатурна находится межпланетная станция «Кассини», управляемая с Земли. Она была запущена в 1997 году и достигла планеты в 2004 году. Ее цель – изучение колец, атмосферы и магнитного поля Сатурна и его спутников. Благодаря «Кассини» получено множество высококачественных снимков, обнаружены полярные сияния, упомянутый выше шестиугольник, горы и острова на Титане, следы воды на Энцеладе, ранее неизвестные кольца, которые невозможно было разглядеть с помощью наземных инструментов.
Кольца Сатурна в виде отростков по бокам можно разглядеть даже в небольшой бинокль с диаметром объективов от 15 мм. В телескоп диаметром 60-70 мм уже видно небольшой диск планеты без деталей, окруженный кольцами. В более крупные инструменты (100-150 мм) видны облачные пояса Сатурна, шапки полюсов, тень от колец и некоторые другие детали. В телескопы размером более 200 мм можно прекрасно рассмотреть темные и светлые пятна на поверхности, пояса, зоны, детали строения колец.
Происхождение названия Имя «Сатурн» произошло от римского имени Кронос, который был владыкой титанов в греческой мифологии. Слово «Сатурн» является корнем английского слова «суббота» .
Положение в солнечной системе Планета Сатурн – шестая планета от Солнца и вторая по величине в Солнечной системе. Хотя другие газовые гиганты в Солнечной системе – Юпитер, Уран, Нептун – также имеют кольца, кольца Сатурна, без сомнения, самые необычные.
Характер поверхности Сатурн представляет собой шар, практически полностью состоящий из водорода и гелия. По мере углубления в планету плотность и температура меняются, однако при всем при этом, говорить о том, что у Сатурна имеется твердая поверхность, было бы не правильно. Если бы вам представилась возможность упасть на поверхность Сатурна, вы бы буквально провалились в нее, испытывая высокую температуру и давление, пока бы не оказались полностью раздавленными внутри планеты. Само собой разумеется, что устоять на поверхности Сатурна невозможно. Но если бы это у кого-то получилось, то он бы испытал около 91% земной гравитации. Иными словами, весы, показывающие в условиях земли 100 кг, на Сатурне показали бы 91 кг.
Атмосфера Планета очень напоминает мяч, сделанный почти полностью из водорода и гелия. Плотность и температура его изменяются по мере продвижения вглубь планеты. Внешняя атмосфера планеты состоит из 93% молекулярного водорода, остальное гелий и следовые количества аммиака, ацетилена, этана, фосфина и метана. Именно эти следовые элементы и создают видимые полосы и облака Ядро планеты каменное с большой массой, достаточной для того, чтобы захватить большое количество газов в ранней солнечной туманности. Его ядро, как и у других газовых гигантов, должно было бы сформироваться, и стать массивным гораздо быстрее, чем у других планет, чтобы успеть обрасти первичными газами.
спутники Сатурн имеет 53 официальных лун и 9 предварительных (неофициальных). Самый известный из спутников Сатурна, вероятно, Титан. Он является вторым по величине спутником в Солнечной системе после спутника Юпитера - Ганимед. Титан больше, чем планета Меркурий. Некоторые из других лун: Атлас, Калипсо, Диона, Энцелад, Гиперион, Япет, Янус, Мимас, Фиби, и Тетис.
Спутник Мимас - ближайший к Сатурну крупный спутник. Он вращается вокруг планеты на расстоянии 185600 км, он почти целиком состоит из водяного льда. На поверхности Мимаса не видно никаких следов внутренней активности, он весь покрыт кратерами. Самый крупный кратер получил имя Гершель, его диаметр - около 130 км.
Спутник Энцелад - второй крупный спутник Сатурна. Он вращается вокруг планеты на расстоянии 238100 км. Это ярчайший спутник в Солнечной системе. Его поверхность очень молода, на ней сравнительно мало кратеров (а есть области, где их нет вообще). Спутник геологически активен до сих пор. В районе его южного полюса проходит система трещин, из которых в космос бьют гейзеры из мелкой ледяной пыли. Потом эта пыль рассеивается вдоль всей орбиты Энцелада, формируя самое удаленное и разреженное кольцо Е Сатурна. Несмотря на свои небольшие размеры, Энцелад имеет разреженную атмосферу. Ее состав: 65% водяного пара, 20% молекулярного водорода, есть также немного углекислого газа, угарного газа и азота.
Спутник Тефия - третий крупный спутник Сатурна. Она вращается вокруг планеты на расстоянии 294700 км По всей видимости, спутник почти целиком состоит из водяного льда. Древняя поверхность Тефии покрыта многочисленными кратерами. Однако на ней заметны и следы геологических процессов, например, огромный разлом, протянувшийся на несколько сотен километров и получивший название Итака.
Спутник Диона - четвертый крупный спутник Сатурна. Она вращается вокруг планеты на расстоянии 377400 км Более высокая средняя плотность говорит о том, что в составе Дионы присутствует значительная доля скальных пород. Ее поверхность старше поверхности Энцелада, но значительно моложе поверхности Тефии или Реи. Ледяную кору спутника перерезают многочисленные разломы и каньоны, что говорит о сравнительно недавней (десятки и сотни миллионов лет) геологической активности Дионы.
Спутник Рея - пятый крупный спутник Сатурна. Она вращается вокруг планеты на расстоянии 527100 км. Диаметр Реи составляет 1528 км, это второй (после Титана) крупнейший спутник Сатурна. Несмотря на то, что Рея крупнее Дионы, ее поверхность гораздо старше. Фактически она вся усеяна кратерами, на ней живого места нет! Яркое пятно почти в центре снимка - крупный молодой кратер, обнаживший чистый лед глубин.
Спутник Титан - самый крупный спутник Сатурна и второй по величине спутник в Солнечной системе. По своим размерам он даже немного больше Меркурия, хотя и уступает ему в массе (масса Титана составляет 40% от массы Меркурия и в 1, 83 раза превышает массу Луны).
Спутник Япет - седьмой крупный спутник Сатурна. Он вращается вокруг планеты на расстоянии 3560800 км В отличие от более близких спутников, вращающихся практически в плоскости экватора Сатурна. Диаметр Япета составляет 1436 км, он совсем немного меньше Реи. Одной из удивительных особенностей Япета является то, что одно из его полушарий (ведущее) отражает в 6 раз меньше света, чем другое (ведомое)! Полушария покрыты красноватым темным веществом неизвестного состава и происхождения. По мере движения к полюсам слой вещества становится тоньше и у полюсов сходит на нет. Еще одной интригующей деталью поверхности Япета является 10 -километровый горный хребет, протянувшийся параллельно экватору почти на половину диаметра спутника.
Кольца Сатурн является самой известной планетой благодаря его кольцам. Однако, это не единственная планета с кольцами. Юпитер, Уран и Нептун также имеют свои кольца. Однако, именно Сатурн является любимым объектом для многих наблюдателей. Его красивые кольца составляют 169800 миль в ширину (около 273 266 км). Но кольца удивительно тонкие, по оценкам, менее чем километр толщиной. Кольца разделены на группы: кольцо B, кольцо С, кольцо D, кольцо Е, кольцо F и G. Всего получается 7 колец. Кольца не сплошные, а скорее состоят из частиц льда, пыли и пород. Кольца удерживаются на месте вокруг Сатурна благодаря спутникам, которые также вращаются вокруг этой большой планеты.
Температура При средней температуре минус 288 градусов по Фаренгейту (минус 178 градусов по Цельсию), Сатурн является довольно прохладной планетой. Хотя есть некоторые небольшие отличия при перемещении от экватора к полюсам, большая часть изменения температуры Сатурна идет горизонтально. Это потому, что большую часть тепла исходит от его ядра, а не от Солнца. температура в атмосфере Сатурна растет вместе с давлением при погружении в центр. Так как Сатурн не имеет поверхности в нашем понимание, ученые считают поверхностью Сатурна уровень, на котором давление превышает один бар, приблизительно такое давление имеет Земля на уровне моря.
Размеры Планета имеет экваториальный диаметр 120 536 км, что в 9, 44 раз больше, чем у Земли. Радиус равен 60268 км, что делает его второй по величине планетой в нашей Солнечной системе, уступая только Юпитеру. Он, как и все другие планеты, представляет собой сплюснутый сфероид. Это означает, что его экваториальный диаметр больше, чем диаметр, измеренный через полюса. В случае Сатурна это расстояние довольно значительно, из-за высокой скорости вращения планеты. Полярный диаметр - 108728 км, что меньше экваториального на 9, 796%, поэтому форма Сатурна - овальная.
Интересные факты Сатурн имеет 62 спутника, фактически около 40% спутников в нашей Солнечной системе вращаются вокруг него. Многие из этих спутников очень малы и не видны с Земли. Последние были обнаружены космическим аппаратом Кассини, и ученые ожидают, что со временем аппарат найдет еще больше ледяных сателлитов. Несмотря на то, что Сатурн слишком враждебен для любой формы жизни, которые мы знаем, что его спутник Энцелад один из наиболее подходящих кандидатов на поиски жизни. Энцелад примечателен тем, что имеет на своей поверхности ледяные гейзеры. Существует какой-то механизм (вероятно приливное воздействие Сатурна) который создает достаточно тепла для существования жидкой воды. Некоторые ученые считают, что есть шанс существования жизни на Энцеладе.
Предыдущая статья: Куриные ножки фаршированные Следующая статья: Где и как найти свою вторую половинку?